KR20110112525A - Post treatment technology and its formulation for electric thermal conductive carbon nanotube thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 전도성 박막에 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide) 와 마그네슘 알콕사이드(magnesium alkoxide)를 가지는 용액과 반응개시 용액을 이용하여 후처리 공정을 진행함으로써 탄소나노튜브 전도성막의 물성을 크게 개선시키는 방법 및 이 방법으로 인해 형성된 조성물에 관한 것이다. 이 방법은 다양한 방법으로 형성된 탄소나노튜브 전도성막에 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide로 구성된 후처리 용액을 처리하여, titanium alkoxide와 magnesium alkoxide의 분해 및 물리적, 화학적 결합 반응을 유도하여 탄소나노튜브 전도성막의 기계적, 전기적 특성을 효율적으로 향상시키기 때문에 탄소나노튜브가 적용되는 다양한 부품/제품 분야에 활용할 수 있다. The present invention is a method for greatly improving the properties of the carbon nanotube conductive film by performing a post-treatment process using a solution having a titanium alkoxide and magnesium alkoxide and a reaction initiation solution in the carbon nanotube conductive thin film. And compositions formed by this method. This method treats the carbon nanotube conductive film formed by various methods to treat a post-treatment solution composed of titanium alkoxide and magnesium alkoxide, and induces the decomposition of titanium alkoxide and magnesium alkoxide and the physical and chemical coupling reactions Therefore, it can be used in various parts / products where carbon nanotubes are applied because it effectively improves electrical characteristics.
Description
본 발명은 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막의 후처리 공정 방법 및 그 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 또는 표면 처리된 기판 위에 전기 또는 열 전도성 탄소나노튜브 박막의 물리적, 화학적 특성, 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 조성물을 코팅하는 후처리 공정 방법과 그로 인해 형성된 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a post-treatment process method and composition thereof of an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film, and more particularly, to physical, chemical and electrical properties of an electrically or thermally conductive carbon nanotube thin film on a substrate or surface treated substrate. A post-treatment process method of coating a composition that can be improved and the composition formed thereby.
탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막은 탄소나노튜브에 친수성 작용기를 치환시키거나 또는 수용액계 계면활성제를 이용하여 수분산 탄소나노튜브 용액을 형성하여 기판에 코팅하거나, 또는 유기 용매를 이용하여 탄소나노튜브를 분산시켜 코팅하는 방법으로 형성된다. The conductive thin film including carbon nanotubes may be coated on a substrate by substituting hydrophilic functional groups on the carbon nanotubes or forming a water-dispersible carbon nanotube solution using an aqueous surfactant, or using carbon nanotubes using an organic solvent. It is formed by a method of dispersing the coating.
상술한 기술들은 비교적 간단한 방법으로 탄소나노튜브 전도성 박막을 얻을 수 있으나 전기전도도가 낮고 환경안정성이 취약하여 각종 제품에 적용되는데 어려움이 따른다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 기존 종래 기술로는, 탄소나노튜브에 기능기를 치환하여 전도성 박막의 물성을 향상시키는 방법, 탄소나노튜브 분산 용액에 접착력 및 내구성을 향상시킬 수 있는 특정 물질을 첨가하는 방법, 기판에 화학 반응 또는 강한 물리적 상호 작용을 유도할 수 있는 물질을 전처리 코팅하는 방법, 및 탄소나노튜브 필름 형성 후 특정 물질로 탑-코팅(top-coating)하는 방법 등이 있다. The above-described techniques can obtain a carbon nanotube conductive thin film by a relatively simple method, but it is difficult to apply to various products due to low electrical conductivity and weak environmental stability. Existing prior arts to solve this problem, a method for improving the physical properties of the conductive thin film by replacing a functional group on the carbon nanotubes, a method for adding a specific material to improve the adhesion and durability to the carbon nanotube dispersion solution, Pretreatment coating of a material capable of inducing a chemical reaction or strong physical interaction with the substrate, and a method of top-coating with a specific material after forming a carbon nanotube film.
상술한 방법들은 그 개개의 방법에 따라 다음과 같은 특징이 있다. The above-described methods have the following characteristics according to their respective methods.
탄소나노튜브에 기능기를 치환하는 방법은 탄소나노튜브를 화학적 방법으로 특정 기능기를 치환함으로써 탄소나노튜브 상호간, 기판과 탄소나노튜브 사이에 화학적/물리적 결합을 유도시켜 탄소나노튜브 전도성 박막의 물성을 확보할 수 있다. 그러나 이 방법은 탄소나노튜브에 기능기를 도입하는 과정에서 탄소나노튜브 자체의 전도도가 감소하는 문제가 발생할 수 있고 탄소나노튜브가 외기에 노출됨으로써 환경 안정성이 여전히 취약한 면이 있다.The method of substituting functional groups on carbon nanotubes secures the properties of carbon nanotube conductive thin films by inducing chemical / physical bonds between carbon nanotubes and between substrates and carbon nanotubes by substituting specific functional groups for carbon nanotubes chemically. can do. However, this method may cause a problem of reducing the conductivity of the carbon nanotubes in the process of introducing functional groups into the carbon nanotubes, and the environmental stability is still weak because the carbon nanotubes are exposed to the outside air.
탄소나노튜브 분산 용액에 내구성을 향상시킬 수 있는 특정 화학물질을 첨가하는 경우에는 단일 코팅 공정을 통해 내구성 있는 전도성막을 효율적으로 형성시킬 수 있다. 하지만 이 방법은 탄소나노튜브 분산 용액의 분산성 유지가 어려울 수 있고, 첨가제 물질의 박막 잔존으로 인해 전도도 감소, 광투과도 저하, 헤이즈 발생의 문제가 따를 수 있다.In the case of adding specific chemicals to the carbon nanotube dispersion solution to improve the durability, it is possible to efficiently form a durable conductive film through a single coating process. However, this method may be difficult to maintain the dispersibility of the carbon nanotube dispersion solution, and the problem of reduced conductivity, light transmittance and haze generation due to the thin film remaining of the additive material.
기판 표면 처리 및 전처리 코팅 방식은 비교적 우수한 박막 내구성을 나타내면서 고전도 특성을 얻을 수 있지만 탄소나노튜브의 외부 노출로 인해 외부력에 약하고 환경안전성이 취약할 수 있다.Substrate surface treatment and pre-treatment coating method can obtain high conductivity characteristics while showing relatively excellent thin film durability, but due to external exposure of carbon nanotubes may be weak to external forces and weak environmental safety.
탑-코팅하여 전도성막의 물성을 확보하는 방법은 이러한 외부력에 의한 성능저하, 환경안정성 확보에 유리한 측면이 있으나, 탑-코팅으로 인해 전도성막의 전도도 감소가 있을 수 있다. The method of securing the properties of the conductive film by top-coating is advantageous in terms of performance deterioration and environmental stability by the external force, but the conductivity of the conductive film may be reduced due to the top-coating.
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 감안한 본 발명의 목적은, 탄소나노튜브를 포함하는 전도성막에 티타늄 알콕시화물(titanium alkoxide) 및 마그네슘 알콕시화물(magnesium alkoxide)을 포함하는 후처리 공정 조성 물질 및 반응개시 물질을 이용하여 간단한 후처리 공정을 적용함으로써 전도성 박막의 내화학성, 접착성, 전기적 특성을 효율적으로 개선시킬 수 있는 후처리 공정 방법 및 그 조성물을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention in view of the above-described conventional problems is a post-treatment process composition material and reaction including titanium alkoxide and magnesium alkoxide in a conductive film including carbon nanotubes. By providing a simple post-treatment process using the starting material to provide a post-treatment process method and composition that can efficiently improve the chemical resistance, adhesion, and electrical properties of the conductive thin film.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브 전도성막; 및 상기 전도성막 상에 적어도 하나의 티타늄 알콕시화물(titanium alkoxide)과 적어도 하나의 마그네슘 알콕시화물(magnesium alkoxide)을 포함하는 후처리 용액을 이용하여 형성되며 탄소나노튜브, 티타늄(titanium) 및 마그네슘(magnesium)의 화합물로 이루어진 화합물막을 포함한다. The composition formed by the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the object as described above, the substrate; A carbon nanotube conductive film formed on the substrate; And a post-treatment solution including at least one titanium alkoxide and at least one magnesium alkoxide on the conductive layer, and formed of carbon nanotubes, titanium, and magnesium. A compound film composed of a compound).
상기 화합물막은 티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium) 수화물 및 산화물로 구성되는 것을 특징으로 한다. The compound film is made of titanium, magnesium hydrate and oxide.
상기 후처리 용액 조성물은 금속(metal)-산소원자-유기치환기(R)의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The aftertreatment solution composition is characterized in that the metal (oxygen) -atomic atom-organic substituent (R) structure.
상기 금속은 티타늄 및 마그세슘이며, 상기 유기치환기의 형태에 따라 metal methoxide, metal ethoxide, metal propoxide, metal isopropoxide, metal butoxide, 및 metal pentoxide 중 적어도 하나의 금속 알콕사이드(metal alkoxide)가 되는 것을 특징으로 한다. The metal is titanium and magnesium, characterized in that at least one of the metal methoxide, metal ethoxide, metal propoxide, metal isopropoxide, metal butoxide, and metal pentoxide (metal alkoxide) according to the form of the organic substituent. .
상기 티타늄 알콕시화물 및 상기 마그네슘 알콕시화물의 농도는 50 wt% 이하인 것을 특징으로 한다. The concentration of the titanium alkoxide and the magnesium alkoxide is characterized in that less than 50 wt%.
상기 화합물막은 0.1nm 내지 500nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. The compound film is characterized in that formed to a thickness of 0.1nm to 500nm.
상기 화합물막 상에 형성되며 고분자로 이루어진 고분자막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Formed on the compound film is characterized in that it further comprises a polymer film made of a polymer.
상기 기판은 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다. The substrate is characterized by using any one of glass, quartz, glass wafers, silicon wafers, transparent and opaque plastic substrates, transparent and opaque polymer films.
상기 전도성막은 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다. The conductive layer is characterized in that at least one of a single-walled carbon nanotubes, a functionalized single-walled carbon nanotubes, a double-walled carbon nanotubes, a functionalized double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, functionalized multi-walled carbon nanotubes are used It is done.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법은, 기판을 마련하는 과정과, 상기 기판 상에 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 전도성막을 형성하는 과정과, 상기 전도성막 상에 적어도 하나의 티타늄 알콕시화물(titanium alkoxide)과 적어도 하나의 마그네슘 알콕시화물(magnesium alkoxide)을 포함하는 후처리 용액을 이용하여 탄소나노튜브, 티타늄(titanium) 및 마그네슘(magnesium)을 포함하는 화합물로 이루어진 화합물막을 형성하는 과정을 포함한다. According to a preferred embodiment of the present invention, an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-processing method for achieving the object described above may include preparing a substrate and conducting a conductive solution using a carbon nanotube dispersion solution on the substrate. Carbon nanotubes, titanium and titanium by using a post-treatment solution including a process of forming a film and at least one titanium alkoxide and at least one magnesium alkoxide on the conductive film. A process of forming a compound film made of a compound containing magnesium is included.
상기 화합물막은 티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium) 수화물 및 산화물로 구성되는 것을 특징으로 한다. The compound film is made of titanium, magnesium hydrate and oxide.
상기 후처리 용액 조성물은 금속(metal)-산소원자-유기치환기(R)의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The aftertreatment solution composition is characterized in that the metal (oxygen) -atomic atom-organic substituent (R) structure.
상기 티타늄 알콕시화물은 alkoxide 작용기 종류에 따라 titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide 및 titanium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다. The titanium alkoxide is characterized by using at least any one of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide and titanium pentoxide according to the alkoxide functional group.
상기 마그네슘 알콕시화물은 magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide 및 magnesium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다. The magnesium alkoxide is characterized by using at least one of magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide and magnesium pentoxide.
상기 티타늄 알콕시화물 및 상기 마그네슘 알콕시화물의 농도는 50 wt% 이하인 것을 특징으로 한다. The concentration of the titanium alkoxide and the magnesium alkoxide is characterized in that less than 50 wt%.
상기 화합물막을 형성하는 과정은 상기 전도성막 상에 상기 후처리 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 한다. The process of forming the compound film may include dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, and rolling the post-treatment solution on the conductive film. Roll coating, gravure coating, bar coating (bar coating) characterized in that the coating by any one method.
상기 화합물막을 형성한 후 후처리 코팅 조성물의 화학반응을 유도하기 위한 단계로써 물, 알코올, 산, 염기 중에서 선택되는 적어도 하나의 반응개시 용액을 후처리 용액 코팅 후에 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 한다. After the compound film is formed, a step of inducing a chemical reaction of the post-treatment coating composition may include dip coating and spraying after the post-treatment solution is coated with at least one reaction starting solution selected from water, alcohol, acid, and base. ) Coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, gravure coating, or bar coating.
상기 화합물막 상에 고분자 물질을 이용하여 고분자막을 형성하는 과정을 더 포함한다. 여기서, 상기 고분자막을 형성하는 과정은 상기 화합물막 상에 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 적어도 하나의 방법으로 상기 단일 또는 서로 다른 종류의 고분자 물질을 코팅하는 것을 특징으로 한다. The method may further include forming a polymer film using a polymer material on the compound film. Here, the process of forming the polymer film is a dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating on the compound film It characterized in that the coating of the single or different types of polymer material by at least one method, gravure coating, bar coating (bar coating).
상기 마련하는 과정 후, 상기 전도성막을 형성하는 과정 전, 상기 기판에 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행하는 과정을 더 포함한다. After the preparation process, before the process of forming the conductive film, Piranha solution treatment, acid treatment, base treatment, plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, ozone treatment, UV treatment, SAM (self assembled monolayer) on the substrate Treatment, and further comprising the step of performing a surface treatment using at least one of the polymer or monomolecular coating method.
상기 탄소나노튜브 분산 용액은 수용액계 계면 활성제 및 유기 용매를 사용하여 생성하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 수용액계 계면 활성제는 SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly(acrylic acid), 및 polyvinyl alcohol 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 유기 용매는 NMP, DMF, DCE, 및 THF 중 적어도 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다. The carbon nanotube dispersion solution is produced by using an aqueous surfactant and an organic solvent. The aqueous surfactant may be selected from at least one of SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly (acrylic acid), and polyvinyl alcohol. Characterized in that. In addition, the organic solvent is characterized by using at least one selected from NMP, DMF, DCE, and THF.
상기 전도성막을 형성하는 과정은 상기 기판 상에 상기 탄소나노튜브 분산 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 코팅하는 것을 특징으로 한다. Forming the conductive film may include dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, and rolling the carbon nanotube dispersion solution on the substrate. (roll) coating, characterized in that the coating using any one of the methods such as gravure coating.
본 발명은 기 형성된 전도성 박막에 후처리 용액을 코팅하고 반응개시 용액을 접촉시켜 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 박막의 전기전도성, 환경 안정성을 크게 개선시키는 방법을 제공한다. 이러한 후처리 용액은 titanium alkoxide 및 magnesium alkoxide 을 포함하고 있으며, 후처리용액 코팅 후 반응개시 용액과 접촉하여 형성된 화합물막은 전도막의 내화학성, 환경안정성을 크게 개선시키면서 동시에 전도성 박막의 전기전도도를 향상시키는 이점이 있다. The present invention provides a method for greatly improving the electrical conductivity and environmental stability of a conductive thin film including carbon nanotubes by coating a post-treatment solution on a previously formed conductive thin film and contacting the reaction initiation solution. The aftertreatment solution contains titanium alkoxide and magnesium alkoxide, and the compound film formed in contact with the reaction initiation solution after coating the aftertreatment solution greatly improves the chemical resistance and environmental stability of the conductive film while simultaneously improving the electrical conductivity of the conductive thin film. There is this.
특히, 이 방법은 다양한 방법으로 형성된 전도성 박막에 쉽게 적용할 수 있고, 박막의 물성을 효율적으로 향상시킬 수 있기 때문에 보편적으로 알려진 탄소나노튜브를 포함한 전도성막 형성 방법과 함께 결합되어 다양한 제품 및 부품 분야에 적용될 수 있게 한다.In particular, this method can be easily applied to conductive thin films formed by various methods, and can effectively improve the physical properties of the thin films. To be applied.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리에 따른 조성물을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도. 1 and 2 are views for explaining the composition according to the post-treatment of the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart for explaining a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are views for explaining a method of post-processing the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to a first embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to a second embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리에 따른 조성물에 대해서 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리에 따른 조성물을 설명하기 위한 도면이다. First, the composition according to the post-treatment of the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to the embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are views for explaining the composition according to the post-treatment of the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리에 따른 조성물은 기판(100) 상에 형성되며, 그 후처리 공정에 따라, 탄소나노튜브 전도성 박막(이하, "전도성막"으로 축약함)(200) 상에 탄소나노튜브-티타늄(titanium)-마그네슘(magnesium) 화합물의 복합체인 화합물막(이하, "화합물막"으로 축약함)(300)이 형성된 상태로 이루어진다. 즉, 도시된 바와 같이, 기판(100), 전도성막(200), 및 화합물막(300)이 적층된 구조를 가진다. Referring to Figure 1, the composition according to the post-heat treatment of the electrically conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention is formed on the
기판(100)은 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름, 및 금속 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이러한 기판(100)에 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행할 수 있다. The
전도성막(200)은 탄소나노튜브 분산 용액을 생성한 후, 분산 용액을 기판(100) 상면에 코팅 시킴으로써 형성한다. 전도성막(200)은 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나로 형성된다. The
탄소나노튜브 분산 용액은 수용액계 계면 활성제를 이용하거나, 유기 용매를 이용하여 분산 용액을 생성할 수 있다. 수용액계 계면 활성제를 이용하는 경우, SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly(acrylic acid), polyvinyl alcohol 등의 수용액계 계면 활성제를 이용함이 바람직하다. 또한, 유기 용매를 이용하는 경우, NMP, DMF, DCE, THF 등으로 구성된 유기 용매를 이용함이 바람직하다. 한편, 상술한 수용액계 계면 활성제 또는 유기 용매 외에도 기타 다양한 방법으로 탄소나노튜브 분산 용액을 생성할 수 있다. The carbon nanotube dispersion solution may use an aqueous surfactant or may generate a dispersion solution using an organic solvent. When using an aqueous surfactant, using an aqueous surfactant such as SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly (acrylic acid), polyvinyl alcohol, etc. desirable. In addition, when using an organic solvent, it is preferable to use the organic solvent comprised from NMP, DMF, DCE, THF, etc. On the other hand, in addition to the above-described aqueous surfactant or organic solvent can be produced carbon nanotube dispersion solution by various other methods.
탄소나노튜브 분산 용액을 생성한 후, 분산 용액을 기판(100) 상면에 코팅 시킴으로써 전도성막(200)을 형성한다. 이때, 이러한 코팅은 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 수행함이 바람직하다. After the carbon nanotube dispersion solution is generated, the
화합물막(300)은 후처리 용액을 생성한 후, 후처리 용액을 전도성막(200)에 코팅하고 반응개시 용액과 접촉시킴으로써 형성한다. 화합물막(300)은 0.1nm 내지 500nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다. The
후처리 용액은 티타늄 알콕사이드(titanium alkoxide)와 마그네슘 알콕사이드(magnesium alkoxide)를 포함하며, 전도성막(200)에 후처리 용액을 코팅하여 반응개시 용액과 반응하여 화합물막(300)을 형성함으로써 전도성막(200)의 물성을 향상시킬 수 있다. The post-treatment solution includes titanium alkoxide and magnesium alkoxide, and the post-treatment solution is coated on the
후처리 용액 조성물은 metal-산소원자-R 구조를 가지는 물질이며, 여기서, metal은 titanium 또는 magnesium이며, R은 유기치환체이다. titanium alkoxide는 alkoxide 작용기 종류에 따라 titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide 및 titanium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. magnesium alkoxide는 magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide 및 magnesium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The aftertreatment solution composition is a material having a metal-oxygen atom-R structure, where metal is titanium or magnesium and R is an organic substituent. Titanium alkoxide may be selected from at least one of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide and titanium pentoxide depending on the alkoxide functional group. Magnesium alkoxide may be selected from at least one of magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide and magnesium pentoxide.
상술한 후처리 공정 과정에서 일부 또는 전부의 유기치환체(R)가 분해 및 제거되고 상호 결합함으로써 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다. In the post-treatment process described above, some or all of the organic substituents R are decomposed, removed, and bonded to each other to form a
후처리 용액은 titanium alkoxide 1종 이상 magnesium alkoxide 1종 이상의 물질을 포함하여 각 성분 물질의 농도는 50 wt% 이하인 것이 적당하며 용매로는 methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol 등의 알코올, 유기용매 및 이들의 혼합물이 이용될 수 있다. The post-treatment solution contains at least 50 wt% of titanium alkoxide and at least 50 wt% of magnesium alkoxide, and the solvents include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, organic solvents, and the like. Mixtures of these may be used.
Titanium alkoxide 및 magnesium alkoxide가 포함된 후처리 공정 용액은 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나 이상의 방법으로 전도성막(200)에 코팅된다.Post-treatment process solutions containing titanium alkoxide and magnesium alkoxide may be prepared by dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, The
후처리 용액이 전도성막위에 코팅된 후 반응개시 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나 이상의 방법으로 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다.After the post-treatment solution is coated on the conductive film, the initiation solution is dip coated, spray coated, spin coated, solution casting, dropping, roll coating. The
반응개시 용액은 후처리 용액과 반응할 수 있는 물질로 주로 물이 사용될 수 있으며 이 이외에 알코올, 산, 염기 등이 사용될 수 있다. The reaction starting solution may be mainly used as a material capable of reacting with the aftertreatment solution. In addition, alcohol, acid, base, and the like may be used.
상술한 방법으로 형성된 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)은 주로 티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium) 수화물 및 산화물로 구성되며 탄소나노튜브 박막인 전도성막(200)의 접착성, 환경안정성, 전기전도도를 향상시키는 결과를 보인다. The
또한, 상술한 후처리 공정을 반복적으로 적용하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성막(200)에 추가적으로 titanium 및 magnesium 화합물을 형성시켜 전도성막(200)의 물성을 향상시킬 수 있다. In addition, by repeatedly applying the above-described post-treatment process, titanium and magnesium compounds may be additionally formed in the
한편, 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같은 방법으로 형성된 화합물막(300) 상에 고분자막(400)을 더 형성할 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 2, the
즉, 화합물막(300)을 물, 알코올, 산, 염기, -OH 또는 -COOH 작용기를 가지는 고분자 용액과 추가적으로 접촉시켜 고분자막(400)을 형성함과 동시에 후처리 공정 용액 성분의 반응을 촉진할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 방법으로 형성된 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300) 위에 고분자 물질을 추가로 코팅하는 방법을 사용하여 내구성을 향상시킬 수 있다. That is, the
또한, titanium alkoxide 및 magnesium alkoxide를 포함하는 용액을 이용하여 화합물막(300)을 형성하는 후처리 공정을 반복하거나, 고분자막(400)을 형성하는 고분자 코팅 공정을 반복함으로써 다층 구조를 형성하여 탄소나노튜브 복합체 박막의 내구성을 대폭 향상시킬 수 있다. In addition, carbon nanotubes are formed by repeating a post-treatment process of forming the
특히 본 발명의 방법으로 형성된 탄소나노튜브 복합체 필름은 후처리공정 전과 비교할 때 전기전도도를 향상되어 복합체 박막의 면저항 값이 15% 이상 감소하는 특성을 보였다. In particular, the carbon nanotube composite film formed by the method of the present invention showed an improvement in electrical conductivity as compared to before the post-treatment process, which showed that the sheet resistance value of the composite thin film was reduced by 15% or more.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기로 한다. Next, a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to an embodiment of the present invention will be described.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 도면이다. Figure 3 is a flow chart for explaining the electrothermal conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method according to an embodiment of the present invention, Figures 4 to 7 is an electrothermal conductive carbon nanotube thin film post-treatment according to an embodiment of the present invention It is a figure for demonstrating a process method.
먼저, S301 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 기판(100)을 마련한다. 기판(100)은 유리, 석영(quartz), 글라스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 투명 및 불투명 플라스틱 기판, 투명 및 불투명 고분자 필름, 및 금속 중 어느 하나를 사용할 수 있다. First, in step S301 to prepare a
기판(100)이 마련되면 S303 단계에서 기판(100)에 표면 처리를 수행할 수 있다. 표면 처리는 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 상술한 바와 같은 방법을 이용하여 기판(100)의 표면 처리를 수행하는 것을 전처리라고 하며, 이러한 전처리는 기판(100)의 종류에 따라, 전처리를 수행하거나 전처리를 하지 않고 생략할 수 있다. When the
그런 다음, S305 단계에서 기판(100) 상에 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 전도성막(200)을 형성한다. 도 5에 기판(100) 상에 전도성막(200)이 형성된 모습을 도시하였다. Then, in step S305 to form a
탄소나노튜브 분산 용액은 수용액계 계면 활성제를 이용하거나, 유기 용매를 이용하여 분산 용액을 생성할 수 있다. 수용액계 계면 활성제를 이용하는 경우, SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly(acrylic acid), polyvinyl alcohol 등의 수용액계 계면 활성제를 이용함이 바람직하다. 또한, 유기 용매를 이용하는 경우, NMP, DMF, DCE, THF 등으로 구성된 유기 용매를 이용함이 바람직하다. 한편, 상술한 수용액계 계면 활성제 또는 유기 용매 외에도 기타 다양한 방법으로 탄소나노튜브 분산 용액을 생성할 수 있다. The carbon nanotube dispersion solution may use an aqueous surfactant or may generate a dispersion solution using an organic solvent. When using an aqueous surfactant, using an aqueous surfactant such as SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly (acrylic acid), polyvinyl alcohol, etc. desirable. In addition, when using an organic solvent, it is preferable to use the organic solvent comprised from NMP, DMF, DCE, THF, etc. On the other hand, in addition to the above-described aqueous surfactant or organic solvent can be produced carbon nanotube dispersion solution by various other methods.
탄소나노튜브 분산 용액을 생성한 후, 분산 용액을 기판(100) 상면에 코팅 시킴으로써 전도성막(200)을 형성한다. 이때, 이러한 코팅은 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 수행함이 바람직하다. After the carbon nanotube dispersion solution is generated, the
특히, 이와 같이 형성한 탄소나노튜브를 포함하는 전도성막(200)에서, 탄소나노튜는 단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나의 종류의 탄소나노튜브를 이용할 수 있다. In particular, in the
그런 다음, S307 단계에서 물로 분산제를 세척하고, S309 단계에서 건조한다. Then, the dispersant is washed with water in step S307, and dried in step S309.
이어서, S311 단계에서 탄소나노튜브 전도성막(200)에 대해 후처리 공정을 진행하여, 전도성막(200) 상에 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물의 복합체인 화합물막(300)을 형성한다. 도 6에 후처리 공정에 따라 전도성막(200) 상에 화합물막(300)이 형성된 모습을 도시하였다. 후처리 공정은 후처리 용액을 전도성막(200)에 코팅하여 화합물막(300)을 형성하는 것이다. Subsequently, the carbon nanotube
후처리 용액(또는 후처리 공정 조성물)은 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide을 포함하며, 전도성막(200)에 후처리 용액을 코팅하고 반응개시 용액과 접촉시킴으로써 전도성막(200)의 물성을 향상시킬 수 있다. The aftertreatment solution (or aftertreatment process composition) may include titanium alkoxide and magnesium alkoxide, and may improve physical properties of the
후처리 용액 조성물은 metal-산소원자-R 구조를 가지는 물질이며, 여기서, metal은 titanium 또는 magnesium이며, R은 유기치환체이다. titanium alkoxide는 alkoxide 작용기 종류에 따라 titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide 및 titanium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. Magnesium alkoxide는 magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide 및 magnesium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The aftertreatment solution composition is a material having a metal-oxygen atom-R structure, where metal is titanium or magnesium and R is an organic substituent. Titanium alkoxide may be selected from at least one of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide and titanium pentoxide depending on the alkoxide functional group. Magnesium alkoxide may be selected from at least one of magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide and magnesium pentoxide.
상술한 후처리 공정 과정에서 일부 또는 전부의 유기치환체(R)가 분해 및 제거되고 상호 결합함으로써 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다. In the post-treatment process described above, some or all of the organic substituents R are decomposed, removed, and bonded to each other to form a
후처리 용액은 적어도 한 종류의 titanium alkoxide와 적어도 한 종류의 magnesium alkoxide를 포함하며, 각각의 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide 성분 물질의 농도는 50 wt% 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 용매로는 methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol 등의 알코올, 유기용매 및 이들의 혼합물이 이용될 수 있다. The aftertreatment solution contains at least one kind of titanium alkoxide and at least one kind of magnesium alkoxide, and the concentration of each of the titanium alkoxide and magnesium alkoxide component materials is preferably 50 wt% or less. Here, as the solvent, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, organic solvents and mixtures thereof may be used.
Titanium alkoxide 및 magnesium alkoxide가 포함된 후처리 공정 용액은 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나 이상의 방법으로 코팅된다.Post-treatment process solutions containing titanium alkoxide and magnesium alkoxide may be prepared by dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, It is coated by any one or more of gravure coating or bar coating.
반응개시 용액은 후처리 공정 용액의 코팅 후 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나 이상의 방법으로 코팅되어 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다. The initiation solution is followed by dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating and gravure coating after coating of the post-treatment process solution. , By coating by any one or more of the bar coating (bar coating) to form a
상술한 후처리 용액을 통해 형성된 화합물막(300)은 주로 티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium)의 수화물과 산화물로 구성된다. The
다음으로, S313 단계에서 화합물막(300) 상에 고분자막(400)을 형성한다. 도 7에 화합물막(300) 상에 고분자막(400)이 형성된 모습을 도시하였다. 이러한 S213 단계는 선택적으로 수행되며, 화합물막(300)을 물, 알코올, 산, 염기, -OH 또는 -COOH 작용기를 가지는 고분자 용액과 추가적으로 접촉시켜 고분자막(400)을 형성함과 동시에 후처리 공정 용액 성분의 반응을 촉진할 수 있다. Next, in step S313 to form a
상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, titanium alkoxide와 magnesium alkoxide 물질이 혼합된 용액을 탄소나노튜브 전도성 박막에 적용할 경우, 전도성막(200)의 물성을 향상시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 구성물질인 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide 각각 별도의 용매에 녹여 따로 적용했을 때에는 본 발명의 효과와 같은 결과를 보여줄 수 없었다. Titanium alkoxide 용액의 경우 건조 후 탄소나노튜브 막에서 흰색 입자가 형성되어 광투과도가 흐려지며, magnesium alkoxide 용액을 적용했을 때는 면저항이 오히려 증가하는 결과를 보여주었다.
According to the embodiment of the present invention as described above, when a solution in which titanium alkoxide and magnesium alkoxide material are mixed is applied to the carbon nanotube conductive thin film, physical properties of the
다음으로, 본 발명의 구체적인 실시 예에 대해서 설명하고, 이에 따른 본 발명에 따른 효과에 대해서 설명하기로 한다.
Next, specific embodiments of the present invention will be described, and thus the effects of the present invention will be described.
제1 실시예First embodiment
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to a first embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 6 및 도 8을 참조하면, S801 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 기판(100)을 마련한다. 여기서, 기판(100)은 소다석회 글라스(sodalime glass) 기판을 사용하였다. 4 to 6 and 8, in step S801, a
기판(100)이 마련되면, 그 기판의 종류에 따라, S803 단계에서 기판(100)에 표면 처리를 수행할 수 있다. When the
그런 다음, S805 단계에서 기판(100) 상에 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 전도성막(200)을 형성한다. 도 3은 기판(100) 상에 전도성막(200)이 형성된 모습을 보인다. 여기서, 탄소나노튜브 분산 용액은 단일벽 탄소나노튜브에 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate) 분산제를 첨가하고, 초음파 분산기(Ultrasound Homogenizer)를 이용하여 생성하고, 생성된 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 스프레이(spray) 코팅 장치로 기판(100)의 상면을 코팅하여 전도성막(200)을 형성하였다. Then, the
그런 다음, S807 단계에서 물로 분산제 세척 공정을 진행한다. 그런 다음, S809 단계에서 상온에서 60분 간 건조한다. 건조 후 탄소나노튜브 전도성막(200)의 면저항을 측정한 결과 584 Ω/sq 값을 가진다. Then, the process of washing the dispersant with water in step S807. Then, dry at room temperature for 60 minutes in step S809. After drying, the sheet resistance of the carbon nanotube
이어서, S811 단계에서 탄소나노튜브 전도성막(200)의 후처리 공정을 진행하여, 전도성막(200) 상에 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물의 복합체인 화합물막(300)을 형성한다. 도 4에 전도성막(200) 상에 화합물막(300)이 형성된 모습을 도시하였다. 화합물막(300)은 후처리 용액을 전도성막(200)에 코팅하고 반응개시 용액과 접촉시켜 형성되며, 이러한 후처리 용액(또는 후처리 공정 조성물)은 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide을 포함하며, 전도성막(200)에 후처리 용액을 코팅하고 반응개시 용액을 접촉시킴으로써 전도성막의 물성을 향상시킬 수 있다. 후처리 용액 조성물은 metal-산소원자-R 구조를 가지는 물질이며, 여기서, metal은 titanium 또는 magnesium이며, R은 유기치환체이다. 상술한 후처리 공정 과정에서 일부 또는 전부의 유기치환체(R)가 분해 및 제거되고 상호 결합함으로써 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다. Subsequently, a post-treatment process of the carbon nanotube
여기서, 후처리 공정 시 사용되는 후처리 용액은 1 wt% titanium ethoxide의 ethanol 용액과 0.5 wt% magnesium methoxide의 methanol 용액을 각각 5ml 씩 혼합하여 생성한다. 그런 다음, 생성된 후처리 용액을 이용하여 전도성막(200)이 형성된 기판(100)의 전도성막(200) 상에 스프레이(spray) 코팅 방법으로 코팅하고 물을 딥코팅 함으로써 화합물막(300)을 형성한다. 그런 다음, S813 단계에서 상온에서 2시간 동안 건조한다. 이러한 건조 후, 측정한 면저항은 502 Ω/sq의 값을 가진다. 이와 같이, 면저항이 82 Ω/sq 만큼 감소되었음을 알 수 있다. Here, the post-treatment solution used in the post-treatment process is produced by mixing 5 ml of ethanol solution of 1 wt% titanium ethoxide and methanol solution of 0.5 wt% magnesium methoxide, respectively. Thereafter, the
상술한 바와 같은 방법으로 형성된 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물을 포함하는 전도성막(200)의 내화학성 평가를 위해, 전도성막(200)이 코팅된 시편을 아세톤(acetone), 톨루엔(tolune), 이소프로필알콜(isopropylalcohol), 메탄올(methanol), 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone)에 10분 동안 담구었다. 시편을 물로 세척하고 60분간 건조하여 복합체 전도성막(200)의 면저항 변화를 측정하여 다음의 <표 1>과 같은 결과를 얻었다. In order to evaluate chemical resistance of the
내화학성 평가
Chemical resistance evaluation
(Ω/aq)Initial sheet resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
(Ω/aq)Initial surface resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
alcoholisopropyl
alcohol
또한, 환경안정성 평가를 위해서, 상대습도 90도, 온도 60℃에서 240시간 동안 보관한 후 면저항 변화를 측정하였고, "3M magic tape"를 이용하여 90°박리 강도 테스트(90°peel test)를 진행하여 다음의 <표 2>의 결과를 얻었다.In addition, to evaluate the environmental stability, the change in sheet resistance was measured after storing for 240 hours at a relative humidity of 90 ° and a temperature of 60 ° C., and a 90 ° peel test was conducted using a “3M magic tape”. The result of the following <Table 2> was obtained.
환경안정성 평가
Environmental stability evaluation
(Ω/aq)Initial sheet resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
(Ω/aq)Initial surface resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
resistance
(240hr at 60℃) Heat / humidity
resistance
(240hr at 60 ℃)
664
664
1368
1368
568
568
679
679
( 3M magic tape,
Cat. 122A)90 ° Peel test
(3M magic tape,
Cat. 122A)
655
655
2014
2014
524
524
590
590
제2 실시예Second embodiment
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 9 is a flowchart illustrating a method of post-processing an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film according to a second embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 7 및 도 9를 참조하면, S901 단계에서 도 4에 도시된 바와 같이 기판(100)을 마련한다. 여기서, PET 기판(100)을 이용하였다. 그런 다음, S903 단계에서 기판(100) 상에 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 탄소나노튜브를 전도성막(200)을 형성한다. 여기서, 분산 용액은 단일벽 탄소나노튜브에 SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate) 분산제를 첨가하고 초음파 분산기(Ultrasound Homogenizer)를 이용하여 생성한다. 또한, 전도성막(200)은 분산 용액을 이용하여 스프레이(spray) 코팅 장치로 기판(100) 상면을 코팅함으로써 생성한다. 그런 다음, S905 단계에서 물로 세척공정을 진행함으로써 분산제를 제거한다. 이어서, S907 단계에서 60분 간 상온에서 건조한다. 건조 후 측정한 탄소나노튜브 전도성막(200)의 면저항은 582 Ω/sq 값을 가진다. 4 to 7 and 9, in step S901, a
이어서, S909 단계에서 탄소나노튜브 전도성막(200)의 후처리 공정을 진행하여 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물의 박막인 화합물막(300)을 형성한다. 도 6에 전도성막(200) 상에 화합물막(300)이 형성된 모습을 도시하였다. 화합물막(300)은 후처리 용액을 전도성막(200)에 코팅하고 반응개시 용액과 접촉시켜 형성된다. 후처리 용액(또는 후처리 공정 조성물)은 titanium alkoxide와 magnesium alkoxide을 포함하며, 반응개시 용액과 접촉되어 전도성막(200)에 후처리 용액을 코팅함으로써 전도성막(200)의 물성을 향상시킬 수 있다. 후처리 용액은 metal-산소원자-R 구조를 가지는 물질이며, 여기서, metal은 titanium 또는 magnesium이며, R은 유기치환체이다. 상술한 후처리 공정 과정에서 일부 또는 전부의 유기치환체(R)가 분해 및 제거되고 상호 결합함으로써 titanium 및 magnesium을 포함하는 탄소나노튜브 복합체 박막인 화합물막(300)이 형성된다. 여기서, 후처리 용액은 1 wt% titanium ethoxide의 ethanol 용액과 0.5 wt% magnesium methoxide의 methanol 용액을 각각 5ml 씩 혼합하여 생성한다. 이러한 후처리 용액을 이용하여 딥(dip) 코팅하는 방법으로 전도성막(200)을 코팅하고 물을 딥(dip) 코팅하여 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물로 이루어진 화합물막(300)을 형성한다. 이어서, S911 단계에서 도 7에 도시된 바와 같이, 화합물막(300) 상에 고분자막(400)을 형성한다. 고분자막(400)은 0.5 wt% polyacrylic acid 수용액을 이용하여 화합물막(300)에 스프레이(spray) 코팅하여 형성한다. 그런 다음, S913 단계에서 3시간 동안 건조한다. 완성된 탄소나노튜브를 포함하는 복합체 박막의 면저항은 473Ω/sq 의 측정 결과를 가진다. Subsequently, a post-treatment process of the carbon nanotube
제2 실시예에 따른 방법으로 형성된 탄소나노튜브-titanium-magnesium 화합물을 포함하는 전도성막(200)의 내화학성 평가를 위해, 시편을 아세톤(acetone), 톨루엔(tolune), 이소프로필알콜(isopropylalcohol), 메탄올(methanol), 1-메틸 피롤리돈(1-methyl prrolidone)에 10분 동안 담군 다음, 물로 세척하고 60분간 건조하여 전도성막(200)의 면저항 변화를 측정하여 다음의 <표 3>과 같은 결과를 얻었다. For the chemical resistance evaluation of the
내화학성 평가
Chemical resistance evaluation
(Ω/aq)Initial sheet resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
(Ω/aq)Initial surface resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
alcoholisopropyl
alcohol
또한, 환경안정성 평가를 위해서, 상대습도 90도, 온도 60℃에서 240시간 동안 보관하면서 면저항 변화를 측정하였고, "3M magic tape"를 이용하여 90°박리 강도 테스트(90°peel test)를 진행하여 다음의 <표 4>과 같은 결과를 얻었다.In addition, to evaluate the environmental stability, the change in sheet resistance was measured for 240 hours at a relative humidity of 90 ° and a temperature of 60 ° C., and a 90 ° peel test was conducted using a “3M magic tape”. The following results were obtained as shown in Table 4.
환경안정성 평가
Environmental stability evaluation
(Ω/aq)Initial sheet resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
(Ω/aq)Initial surface resistance
(Ω / aq)
(Ω/sq)Surface resistance after test
(Ω / sq)
resistance
(240hr at 60℃) Heat / humidity
resistance
(240hr at 60 ℃)
672
672
1122
1122
545
545
589
589
( 3M magic tape,
Cat. 122A)90 ° Peel test
(3M magic tape,
Cat. 122A)
634
634
1902
1902
568
568
565
565
상술한 바와 같은 본 발명의 방법에 의해 형성된 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물은 그 물성이 향상된 고품위의 것이며, 우수한 내구성 및 높은 전도성에 의하여 투명전극, 면발열체, 정전기방제 및 흡수제, 전자파차폐 필름, 방열 소재 등 다양한 부분에 적용 될 수 있다.The composition formed by the electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method formed by the method of the present invention as described above is of a high quality with improved physical properties, and the transparent electrode, surface heating element, electrostatic control by excellent durability and high conductivity And it can be applied to various parts such as absorbent, electromagnetic shielding film, heat radiation material.
특히, 상술한 바와 같이 본 발명의 내용을 기술했으나 본 발명의 범위를 상기 내용에 한정하는 것만은 아니다. 본 발명은 전처리 방법, 탄소나노튜브 종류, 탄소나노튜브 코팅 방법에 따라 다양하게 형성된 전도성막(200)에 모두 적용될 수 있다.In particular, although the content of the present invention has been described as described above, the scope of the present invention is not limited to the above content. The present invention can be applied to all of the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구 범위 뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below, but also by the equivalents of the claims.
100 : 기판
200 : 전도성막
300 : 화합물막
400 : 고분자막100: substrate
200: conductive film
300 compound film
400: polymer membrane
Claims (24)
기판;
상기 기판 상에 형성된 탄소나노튜브 전도성막; 및
상기 전도성막 상에 적어도 하나의 티타늄 알콕시화물(titanium alkoxide)과 적어도 하나의 마그네슘 알콕시화물(magnesium alkoxide)을 포함하는 후처리 용액 및 반응개시 용액을 이용하여 형성되며 탄소나노튜브, 티타늄(titanium) 및 마그네슘(magnesium)의 화합물로 이루어진 화합물막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. In the composition formed by the electrically thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method,
Board;
A carbon nanotube conductive film formed on the substrate; And
A carbon nanotube, titanium and An electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method comprising a compound film made of a compound of magnesium (magnesium).
상기 화합물막은 티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium)의 수화물 및 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1,
The compound film is a composition formed by an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process comprising a hydrate and oxide of titanium and magnesium.
상기 후처리 용액 조성물은 금속(metal)-산소원자-유기치환기(R)의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1,
The post-treatment solution composition is a composition formed by an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process, characterized in that the metal (oxygen) -organic substituent (R) structure.
상기 금속은 티타늄 및 마그세슘이며, 상기 유기치환기의 형태에 따라 metal methoxide, metal ethoxide, metal propoxide, metal isopropoxide, metal butoxide, 및 metal pentoxide 중 적어도 하나의 금속 알콕사이드(metal alkoxide)가 되는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 3,
The metal is titanium and magnesium, and at least one of metal methoxide, metal ethoxide, metal propoxide, metal isopropoxide, metal butoxide, and metal pentoxide, depending on the form of the organic substituent, characterized in that the metal alkoxide (metal alkoxide) A composition formed by an electrically thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method.
상기 티타늄 알콕시화물 및 상기 마그네슘 알콕시화물의 농도는 50 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1,
Wherein the concentration of the titanium alkoxide and the magnesium alkoxide is 50 wt% or less, wherein the composition is formed by an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method.
0.1nm 내지 500nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1, wherein the compound film
The composition formed by the electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method characterized in that formed to a thickness of 0.1nm to 500nm.
상기 화합물막 상에 형성되며 고분자로 이루어진 고분자막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1,
The composition formed by the electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process is formed on the compound film and further comprises a polymer film made of a polymer.
단일벽 탄소나노튜브, 기능화된 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 기능화된 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 기능화된 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법에 의해 형성된 조성물. The method of claim 1, wherein the conductive film,
At least one of single-walled carbon nanotubes, functionalized single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, functionalized double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and functionalized multi-walled carbon nanotubes is used. A composition formed by a thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method.
기판을 마련하는 과정과,
상기 기판 상에 탄소나노튜브 분산 용액을 이용하여 전도성막을 형성하는 과정과,
상기 전도성막 상에 적어도 하나의 티타늄 알콕시화물(titanium alkoxide)과 적어도 하나의 마그네슘 알콕시화물(magnesium alkoxide)을 포함하는 후처리 용액 및 반응개시 용액을 이용하여 탄소나노튜브, 티타늄(titanium) 및 마그네슘(magnesium)을 포함하는 화합물로 이루어진 화합물막을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. In the thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method,
The process of preparing a substrate,
Forming a conductive film using a carbon nanotube dispersion solution on the substrate;
Carbon nanotubes, titanium and magnesium using a post-treatment solution and a reaction initiation solution containing at least one titanium alkoxide and at least one magnesium alkoxide on the conductive layer An electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process comprising the step of forming a compound film made of a compound containing magnesium).
티타늄(titanium)과 마그네슘(magnesium) 수화물 및 산화물로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10, wherein the compound film
An electrically thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process comprising titanium, magnesium hydrate and oxide.
상기 후처리 용액 조성물은 금속(metal)-산소원자-유기치환기(R)의 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10,
The post-treatment solution composition is an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process characterized in that the metal (oxygen) -organic substituent (R) structure.
alkoxide 작용기 종류에 따라 titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide 및 titanium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10, wherein the titanium alkoxide is
According to the alkoxide functional group, at least one of titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide, and titanium pentoxide is selected and used.
magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide 및 magnesium pentoxide 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10, wherein the magnesium alkoxide is
An electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process comprising at least one of magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium propoxide, magnesium isopropoxide, magnesium butoxide and magnesium pentoxide.
상기 티타늄 알콕시화물 및 상기 마그네슘 알콕시화물의 농도는 50 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법.
The method of claim 10,
And the titanium alkoxide and the magnesium alkoxide have a concentration of 50 wt% or less.
상기 반응개시 용액은 후처리 코팅 조성물과 반응할 수 있는 것으로 물. 알코올, 산 및 염기 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 후처리 공정 방법.The method of claim 10,
The reaction initiation solution may react with the aftertreatment coating composition. A post-treatment process method comprising at least one of alcohols, acids and bases.
상기 전도성막 상에 상기 후처리 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하고, 그 이후에 반응개시 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The process of claim 10, wherein the forming of the compound film is performed.
Dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, gravure coating, on the conductive film The coating may be carried out by any one of bar coating, and then the reaction starting solution may be dip coated, spray coated, spin coated, solution casting, or doping. Electrothermal thermal conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method characterized in that the coating by any one method of dropping), roll (roll) coating, gravure coating, bar coating (bar coating).
상기 화합물막 상에 고분자 물질을 이용하여 고분자막을 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10,
An electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment method further comprising forming a polymer film on the compound film using a polymer material.
상기 화합물막 상에 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅, 바코팅(bar coating) 중 적어도 하나의 방법으로 상기 단일 또는 서로 다른 종류의 고분자 물질을 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The process of claim 18, wherein the forming of the polymer film
Dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, gravure coating, bar coating on the compound film The thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment method of claim 1, wherein the single or different types of polymer materials are coated by at least one method.
상기 기판에 피라나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10, after the preparing process, before the forming of the conductive film,
Piranha solution treatment, acid treatment, base treatment, plasma treatment, atmospheric pressure plasma treatment, ozone treatment, UV treatment, SAM (self assembled monolayer) treatment, and polymer or monomolecular coating method on the substrate The electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method further comprising the step of performing a surface treatment using.
상기 탄소나노튜브 분산 용액은 수용액계 계면 활성제 및 유기 용매를 사용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 10,
The carbon nanotube dispersion solution is an electrothermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process characterized in that it is produced using an aqueous surfactant and an organic solvent.
상기 수용액계 계면 활성제는 SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly(acrylic acid), 및 polyvinyl alcohol 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 21,
The aqueous surfactant is selected from at least one of SDBS, SDS, LDS, CTAB, DTAB, PVP, Triton X-series, Brij-series, Tween-series, poly (acrylic acid), and polyvinyl alcohol. An electrically thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method.
상기 유기 용매는 NMP, DMF, DCE, 및 THF 중 적어도 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The method of claim 21,
The organic solvent is NMP, DMF, DCE, and THF at least one selected from the thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process characterized in that used.
상기 기판 상에 상기 탄소나노튜브 분산 용액을 딥(dip) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 솔루션 캐스팅(solution casting), 도롭핑(dropping), 롤(roll) 코팅, 그라비아 코팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 열 전도성 탄소나노튜브 박막 후처리 공정 방법. The process of claim 10, wherein the forming of the conductive film is performed.
Dip coating, spray coating, spin coating, solution casting, dropping, roll coating, gravure coating of the carbon nanotube dispersion solution on the substrate Electrothermal thermally conductive carbon nanotube thin film post-treatment process method characterized in that the coating by using any one of the methods.
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KR101328236B1 (en) * | 2012-07-23 | 2013-11-14 | 경희대학교 산학협력단 | Cnt composites, the transparent electrode films produced with the same and the manufacturing method thereof |
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